摘 要

伴随着现代工程设备的飞速进步，机械设备及其结构的振动与噪声问题变得日益突出，振动和噪声对机械设备的运转会造成很大影响，会影响设备运行的可靠性，振动及噪声信号中还包含了大量机械设备状态的信息，利用振动及噪声信号分析可实现机械设备的状态检测。因此，本文开发了多功能的振动及噪声测试分析仪，采用LabVIEW软件来编写实现振动及噪声实时测量分析处理的虚拟仪器软件，可以实时显示测量及分析结果，同时记录所测信号曲线。

论文首先研究了目前国内外振动噪声测试的发展现状和振动计及噪声计产品现状,然后着重介绍了系统硬件的选型和软件的设计。系统硬件主要研究了基本硬件配置,在对便携振动及噪声测试虚拟仪器软件开发时,利用模块化的设计思想对测试系统的各个功能模块进行设计开发,最后可在PC端上通过LabVIEW设计的用户界面来对系统进行操作与控制。

关键词：便携式；振动噪声；虚拟仪器；LabVIEW

Abstract

With the rapid development of modern engineering equipment ,the problems of vibration and noise for engineering equipment have become increasing prominent. Vibration and noise can greatly influence the engineering equipment, like its reliability. The vibration and noise signal contains much information of engineering equipment’s status. Making full use of vibration and noise signal analysis can get to monitor equipment status and fault diagnosis. Therefore, this paper develops a portable virtual vibration and noise tests analyzer which is based on LabVIEW. This analyzer can display real-time measurement results and analyze results. And record the measured signal curve.

Firstly, the paper studies the development of current situation at home and abroad in vibration and noise testing,secondly introduces the vibration level meter and noise level meter products then, emphatically studies the design of the hardware and software of the system.The system hardware mainly studies the basic hardware configuration.In the study of system software, each modules of test system have been designed by using the modularization design idea,finally, the system can be operated and controlled on the PC and by user interface based on LabVIEW.

Keywords:Portable;Vibration and Noise Tests;Virtual instrument;LabVIEW

目录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 1

1.2.1 振动及噪声测试的发展 1

1.2.2 便携式振动计及声级计的产品现状 1

1.3设计研究的内容 2

第二章 加速度计、传声器及数据采集卡选型 3

2.1 加速度计的选型 3

2.1.1 压电效应 3

2.1.2 压电式加速度传感器 4

2.2 传声器的选型 6

2.21 电容式传声器 6

2.3 数据采集卡选型 8

第三章 振动计及声级计的软件设计 10

3.1 虚拟仪器及labVIEW 10

3.1.1虚拟仪器的特点 10

3.1.2 LabVIEW的使用 10

3.2 振动噪声信号测试基本原理 10

3.2.1 信号的类型与描述 10

3.2.2 采样定理 11

3.3软件系统总体方案设计 11

3.3.1软件前面板 11

3.3.2 程序的流程图 13

3.4 信号采集模块 14

3.5 振动计模块 14

3.5.1 时域分析 14

3.5.2 频谱分析 15

3.5.3 功率谱分析 16

3.6 计算振动速度-位移 16

3.7声级计模块 17

3.7.1 计权网络 17

3.7.2 1/3倍频程频谱分析 17

3.7.3 等效声级 18

第四章 软件性能测试实验 20

4.1软件验证分析 20

4.2振动计模块测试 20

4.2.1时域分析模块测试 20

4.2.2 频谱分析模块测试 21

4.2.3计算速度位移模块测试 22

4.3声级计模块测试 24

第五章 结论 26

参考文献 27

致谢 28

1. 绪论

1.1 选题背景及意义

现代化工程技术各领域中，都会或多或少产生振动噪声问题。机器设备振动在绝大多数情况下是要防止的，它会导致机械设备的各个部件加速磨损，从而使设备加速老化，产生各种故障问题。有时还会由于机器零件的损坏失效而发生安全事故。机械振动对人体健康也有不好的影响，例如工作场地所各种设备，如车床加工，磨削加工等等振动噪声的影响都会使人产生不同程度的不适感，这些噪声会刺激人的耳朵和听觉神经，使人感到心情压抑烦躁。现代化的社会中，城市噪声已被列为公害之一，必须加以控制^[1]。

通过对机械设备振动的测试与分析，我们可以了解机械的一些动态特性与其参数之间的关系。在生产中我们可以监测机械运行时的参数变化，通过对结构或部件的参数进行分析，就可以了解被测元件的工作状态，从而找到振动源的位置。对于该课题的研究我们可以达到预防故障发生的目的。因而在各个工程领域里对振动情况进行检测并采用合理的控制措施解决问题有很重要的实际意义。

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 振动及噪声测试的发展

振动测试分析仪器随着经振动测试与分析技术理论的进步，经过了一个很长的发展过程。最早的有机械法，机械式测量振动仪器外形和结构都比较简单，便于操作测量，不容易受到干扰，但是缺点也是很突出的因为灵敏度低，所以已经几乎弃用了。光学法则是利用光学原理将振动信号转化为光信号。它的缺点是装置调整复杂，对测量环境要求严格，所以仅用于实验室环境下作标准振动仪器的标准计量装置。还有一种方法就是电测法，电测法是基于硬件的电路设计，电路设计完成以后，那么传统仪器的功能无法及时更新，并且电测法的成本很高，以及功能单一、检测偏差较大、等缺点，因而在实际工程应用中受到非常大的限制。在计算机技术快速发展且应用越来越广的时代。电子测量技术越来越多的得到工程人员的青睐。随着计算机技术和电子测量技术在工程领域的应用，上述几种传统的测试技术已逐渐被淘汰。在逐渐发展过程中便出现了虚拟仪器，我们用计算机可以很容易的设计开发出便携式振动噪声测试软件。

1.2.2 便携式振动计及声级计的产品现状